碳纤维作为一种新型无机材料,被广泛的应用于先进复合材料的增强体。碳纤维与基体间的界面对其复合材料性能的发挥起着非常重要的作用,通过界面有效地传递载荷,使碳纤维与基体形成一个具有高效综合性能的整体。而在界面的研究中,提高其碳纤维与基体的结合强度是改善复合材料力学性能的关键。因此,对碳纤维复合材料界面结合强度的各种影响因素进行分析,是提高复合材料综合性能的直接措施。首先,用自主研发的水性聚氨酯环氧树脂上浆剂对碳纤维上浆,探讨了上浆剂在碳纤维裸丝及其复合材料界面性能的贡献。其次,重点研究了以等离子体接枝高聚物作为媒介物对碳纤维进行表面处理,来解决碳纤维/浆料的粘结强度等问题。系统分析了这种物理化学相结合的表面处理,后联合上浆的综合改性过程中碳纤维表面性能的变化规律,同时深入研究了综合改性处理后碳纤维表面、上浆剂以及基体树脂间复合界面的结合机理。采用扫描电镜(SEM)、动态接触角测试仪、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术表征了碳纤维及其复合材料的性能。碳纤维经自主研发的水性乳液聚氨酯浆料上浆剂处理后,力学性能有所提高,浆料起到了补强的作用；同时有效地改善了毛丝量和耐磨性能；但耐水性能变差。在上浆前对碳纤维进行预烘干处理,能明显地提高上浆率和耐磨性。另外,碳纤维在浆槽中的浸胶时间和浆纱的烘干温度对碳纤维的性能也有重要影响。结合红外和XPS分析得出,浆料中的羟基、羰基和氨基等活性官能团经上浆后移植于碳纤维表面,能够明显改善纤维与树脂基体的浸润性能。同时,经过单纤维碎裂法测试碳纤维复合材料的IFSS验证,上浆后剪切强度得到明显提高,不同增塑剂上浆对碳纤维复合材料的界面结合性能影响很大。浆料中增塑剂的添加对碳纤维的耐磨性和毛丝量有很大影响,而对吸水性、表面粗糙度和表面能的色散部分影响较小。结合常压介质阻挡放电等离子体的电学诊断分析得出：在常压环境下,影响等离子体放电状态的两个最重要的参量为放电功率与气体成份。放电功率的提升能提升等离子体区域的电子能量和密度,但两者并不成正比关系,尤其在发生氮-氧激发过程后,反而会降低其放电能量。同样的,气体成份中氧气比例过大也会引起这一变化。所以,在常压介质阻挡放电的过程中,可以针对这两个主要参数对放电过程进行一定优化。碳纤维经等离子体处理后表面沟槽略有加深。表面能分析得出,低压长时间的等离子体处理条件能达到与高压短时间的处理效果；且处理气氛中通入微量的氧对碳纤维表面自由能有极大影响。轻微的等离子体处理条件能使得碳纤维的拉伸强度离散性降低。同时,得出了等离子体处理的最优工艺条件90s/60W。经等离子体引发上浆改性轻微地改善了碳纤维的上浆率、耐磨性能,表面能。此种方法较未经等离子体处理上浆碳纤维的拉伸强力变化不大。另外,等离子体表面处理后碳纤维表面粗糙度增加,碳纤维表面与浆料涂层间的机械啮合增强了上浆率,XPS也得出了碳纤维表面活性官能团增加了1.65%,当与环氧树脂基体制成碳纤维复合材料时,其界面剪切性能提高了19.29%。等离子体活化接枝实验结果表明过长的等离子体处理时间和过高的处理功率影响其接枝率。引入的酸酐基团发生交联反应生成的聚合物颗粒产物使得碳纤维表面粗糙度增加。表面能随着接枝率的提高而增加,结合红外、热失重和XPS分析可知,经等离子体活化接枝处理后碳纤维表面C-O、C=O和O-C=O等含氧基团明显增加。碳纤维与环氧树脂的IFSS较等离子体处理碳纤维增加30.03%。等离子体接枝预处理联合上浆处理明显的提高了碳纤维的上浆率、耐磨次数、毛丝量和单纤强度。最为有效的改善了碳纤维浆纱的吸水性,使其吸水率小于0.1%。表面能结果表明,等离子体接枝在碳纤维表面引入了更多极性基团与浆膜发生反应生成新的极性官能团使得表面能明显高于上浆处理碳纤维。结合红外和XPS分析,经过等离子体接枝处理碳纤维表面生成更多的羧基、羟基、羰基和酸酐,这些极性基团与浆料中的环氧基团发生反应使得碳纤维浆纱的表面含有更多的极性基团,其浸润性能提高。经过等离子体接枝处理上浆碳纤维的界面剪切强度较未处理碳纤维的IFSS增强了近一倍。其界面强度的增加除了界面化学结合的增强外,从SEM图中还可以看到接枝之后的碳纤维表面粗糙度明显的提高,增加了碳纤维与环氧树脂之间的物理啮合作用,进一步提高了碳纤维复合材料的界面剪切强度。